專利名稱：包括泡沫層的井眼篩選系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
包括泡沬層的井眼篩選系統(tǒng)和設(shè)備交叉參考本申請(qǐng)請(qǐng)求美國非臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)為12/567166的申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)的名稱為“包括泡沫層的井眼篩選系統(tǒng)和設(shè)備”，申請(qǐng)日為2009年9月25日。
背景技術(shù)：
在鉆井、完井工業(yè)以及諸如烴勘探和回收作業(yè)中，正在努力提高采出效率及增大產(chǎn)量。這些努力工作包括使用和改進(jìn)一些技術(shù)來防止不適宜固體進(jìn)入生產(chǎn)管柱內(nèi)。這類固體集體性地通常被稱之為“砂”，這類物質(zhì)會(huì)引起一些問題例如，降低采出效率、增加生產(chǎn)成本，以及磨損和/或損害井下部件與地面部件。當(dāng)?shù)貙恿黧w進(jìn)入生產(chǎn)管柱時(shí)，為了防止不適宜固體進(jìn)入其中，經(jīng)常會(huì)使用井下篩管來過濾地層流體，這些篩管例如是填砂或礫石充填篩管。許多篩選技術(shù)效率不高、產(chǎn)量低，尤其是在井眼不均勻、烴勘探作業(yè)期間地層中會(huì)產(chǎn)生大量砂的應(yīng)用場(chǎng)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種篩選地層成分的設(shè)備。該設(shè)備包括被構(gòu)造成允許地層流體流過的中心管；和，設(shè)置在中心管徑向外側(cè)的泡沫層，該泡沫層被構(gòu)造成允許地層流體穿過其中且使穿過其中的地層固體成分最少，該泡沫層包括多個(gè)空心結(jié)構(gòu)，這些空心結(jié)構(gòu)之間形成有孔口。本發(fā)明還公開了一種用于篩選地層成分的設(shè)備的制造方法。該方法包括形成中心管，該中心管被構(gòu)造成允許地層流體穿過其中；和將泡沫層布置在中心管徑向外側(cè)，該泡沫層被構(gòu)造成允許地層流體穿過其中且使穿過其中的地層固體最少，該泡沫層包括多個(gè)空心結(jié)構(gòu)，這些空心結(jié)構(gòu)之間形成有孔口。


下面的描述絕不是限制性的。附圖中的相似元件用類似標(biāo)記表示，附圖如下圖1是井下篩管的示例性實(shí)施例的截面圖；圖2是圖1中的篩管的泡沫層的截面圖；圖3是井下過濾組件的截面圖；圖4是流程圖，該流程圖表示井眼內(nèi)的篩管的制造和/或布置方法。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，示出了井眼內(nèi)的篩管單根10的示例性實(shí)施例。如文中所述，“篩管”或 “篩管單根”表示布置在井眼內(nèi)以當(dāng)?shù)貙恿黧w進(jìn)入生產(chǎn)管柱時(shí)可將不需要的顆粒和其他固體從地層流體中過濾出來的任何元件和/或系統(tǒng)。篩管單根10包括中心管12、泡沫層14 和罩16，所述泡沫層位于中心管12的徑向外側(cè)，所述罩位于泡沫層14的徑向外側(cè)。泡沫層 14包括具有多個(gè)空心結(jié)構(gòu)的泡沫，這些空心結(jié)構(gòu)之間形成有間隙或孔口。
中心管12是由諸如合金鋼之類的材料制成的管狀構(gòu)件。在一個(gè)實(shí)施例中，中心管12是井下管柱如烴生產(chǎn)管柱或鉆柱的一部分。如文中所述，“管柱”、“生產(chǎn)管柱”或“鉆柱”表示為適于將工具或其他構(gòu)件下放到井眼內(nèi)或?qū)@頭連接到地面上的任何結(jié)構(gòu)或輸送工具，但是并不局限于所述結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。在一實(shí)施例中，中心管12是管段，包括將篩管單根 10連接到相鄰元件上的合適連接機(jī)構(gòu)如螺紋結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，中心管12是剛性的管狀元件，包括多個(gè)孔或孔口 18以讓地層流體穿過其中。如文中所述，“地層流體”是指可從地層中開采的烴、水和任何其他流體形式的物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，中心管12是剛性結(jié)構(gòu)，從而被布置在井下時(shí)可保持其形狀和直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，罩16是矢量罩。罩16包括多個(gè)鉆孔或其他孔口以允許和/或引導(dǎo)地層流體穿過其中。罩16由耐用材料如鋼制成，所述耐用材料在井下環(huán)境中能經(jīng)受得住腐蝕和磨損，并有助于保護(hù)泡沫層14和中心管12。在一個(gè)實(shí)施例中，罩16由合適類型的金屬薄片制成。在一個(gè)實(shí)施例中，在井下紊流狀況下罩16可經(jīng)受得住腐蝕。泡沫層14設(shè)置在中心管12和罩16之間，起到過濾器的作用，允許地層流體穿過其中并限制、最小化或防止不需要的固體物質(zhì)如砂通過。在一個(gè)實(shí)施例中，泡沫層14具有大體圓筒形形狀，與中心管12的外表面形狀基本一致。但是，泡沫層可形成為任何合適的形狀，例如所形成的形狀便于布置篩管單根10和/或提高過濾質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，在將篩管單根10布置在井眼中之前就已經(jīng)制造或組裝好了該篩管單根10。布置好篩管單根10之后開始過濾地層流體，而不需要進(jìn)行重大的井下改變?nèi)缗蛎浰龊Y管單根10。在一個(gè)實(shí)施例中，泡沫層14包括熱固性或熱塑性泡沫。該泡沫可以是能夠壓縮的泡沫。在一個(gè)實(shí)施例中，該泡沫是彈性的形狀記憶泡沫如開孔的合成泡沫。通過將形狀記憶泡沫的溫度升高而超過閾溫度，形狀記憶泡沫可變形或再成形。當(dāng)泡沫溫度高于閾溫度時(shí)，泡沫可變形為新的形狀、然后將溫度降低到閾溫度以下以保持該新形狀。當(dāng)泡沫溫度再次升高至超過閾溫度時(shí)，泡沫恢復(fù)至其初始形狀。形狀記憶屬性和/或熱固性屬性是有益的，例如便于篩管單根10的制造、組裝和/或布置。泡沫層14可由任何合適的材料制成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，泡沫層由多孔的熱固性形狀記憶聚合物制成。在另一實(shí)施例中，泡沫層是聚氨酯(PU)形狀記憶泡沫。這種聚氨酯形狀記憶泡沫是一種高級(jí)聚氨酯泡沫，其具有經(jīng)過設(shè)計(jì)的孔隙空間及柔性，可抑制破裂或砂粒移動(dòng)。參照?qǐng)D2，泡沫層14的泡沫包括多個(gè)空心結(jié)構(gòu)，如空心球體和/或微球體20。在一個(gè)實(shí)施例中，空心結(jié)構(gòu)是空心球體20或具有空心球狀，具有相互接觸的壁22。所述空心球體20在它們之間形成有多個(gè)孔隙或孔口 24。這些孔口 M允許地層流體穿過其中，但孔口的尺寸足夠小以形成比不需要的固體顆粒(如砂?；驇r屑)體積小的容積。當(dāng)固體顆粒滲入泡沫層14時(shí)，固體顆粒就會(huì)被捕獲在泡沫所形成的基體中。在此情況下，這些顆粒至少局部填充球體20的空間。但固體顆粒不會(huì)充填孔口 24，因而可保持滲透性。因?yàn)闈B透性主要取決于球體壁22之間形成的孔口 24，因而，雖然球體20可被填充但不會(huì)顯著影響泡沫層14的滲透性。例如，PU泡沫可被構(gòu)造成具有如下性質(zhì)直到泡沫被壓緊大約60%以上， 泡沫的孔口 M才會(huì)塌縮。因而，泡沫可大致被壓緊高達(dá)60%，而不會(huì)顯著降低整體的可滲透性。
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參照?qǐng)D3，示出了井下過濾組件30的一部分的示例性實(shí)施例。井下過濾組件30包括篩管單根10，該井下過濾組件被構(gòu)造成為一種混有顆粒材料如砂或礫石的篩管組件。在該實(shí)施例中，井下過濾組件30被稱為“填砂篩管”。在一個(gè)實(shí)施例中，井下過濾組件30被構(gòu)造成可設(shè)置在地層34中的井眼32內(nèi)。如圖3所示，井管道或套管36設(shè)置在井眼32內(nèi)且靠近井眼壁，顆粒材料38布置在篩管單根 10和井套管36之間的環(huán)形空間的至少一部分中。在另一實(shí)施例中，顆粒材料38布置在篩管單根10和井眼壁之間。在一個(gè)實(shí)施例中，顆粒材料38的孔隙率小于泡沫層14的孔隙率、大于地層34的孔隙率。孔隙率逐漸增加的這種結(jié)構(gòu)有助于減小或防止地層流體堵塞井下過濾組件30。圖4示出了地層中井眼內(nèi)的篩選設(shè)備的制造和/或布置方法。該方法40包括一個(gè)或更多個(gè)步驟41-44。通過結(jié)合所述篩管單根10來描述該方法40，但是該方法也可采用可布置在井下的任何合適篩選機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，方法40包括按照所述次序執(zhí)行所有步驟41-44。但可省略某些步驟、可增加某些步驟、或可改變步驟順序。在第一步驟41中，將泡沫層14設(shè)置在中心管12或排放層的外表面上和/或布置在中心管或排放層的外表面周圍，所述排放層例如是沿中心管12的徑向外側(cè)布置的中間排放層。在一個(gè)實(shí)施例中，中間排放層徑向布置在中心管12和泡沫層14之間。這可通過合適方法來實(shí)現(xiàn)，從而使得所需厚度和形狀的泡沫層就形成在中心管12或中間排放層的外表面上。例如，泡沫層14被噴射或模制在該外表面上。在另一實(shí)施例中，中心管12或中間排放層周圍包裹有具有所需厚度的泡沫覆蓋層。在一個(gè)實(shí)施例中，利用泡沫的形狀記憶屬性和/或熱固性以便于進(jìn)行制造和/或布置。例如，熱固性泡沫層14被加熱而使其溫度高于閾溫度，之后被成形到中心管12或中間排放層上。泡沫層14在冷卻之后可保持圍繞中心管12或中間排放層布置的形狀。在另一例子中，形狀記憶泡沫層14被施加在中心管12或中間排放層上，且被成形為所需的形狀，接著被加熱至高于閾溫度的溫度。壓縮所述形狀記憶泡沫層14以減小其厚度或?qū)⑵涑尚螢楸阌趯⒑Y管單根10布置在井下。然后將形狀記憶泡沫層14冷卻至低于閾溫度的溫度以在安裝外罩之前保持被壓縮的形狀。在布置了所述篩管單根10之后，井下的較高溫度會(huì)引起記憶泡沫層14恢復(fù)至其初始的合適形狀?？晒┻x擇地，如果井下溫度低于閾溫度，可在井下布置單獨(dú)的熱源以加熱形狀記憶泡沫層14。由于具有形狀記憶的效果，因而可布置閉孔泡沫，從而減小了下入期間堵塞篩管的可能性。在一個(gè)實(shí)施例中，泡沫層14是形狀記憶泡沫。但是，并沒有利用形狀記憶特性，篩管單根10是在其初始形狀下被布置的。在第二步驟42中，將罩16設(shè)置在泡沫層14的外表面上和/或泡沫層的外表面周圍。這可通過合適方法來實(shí)現(xiàn)，例如使罩16在泡沫層14上滑動(dòng)，或者將罩16的多個(gè)部分緊固在泡沫層14的周圍。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)泡沫層14處于被壓縮狀態(tài)時(shí)，罩16在泡沫層14上滑動(dòng)或設(shè)置在泡沫層上。當(dāng)所述篩管單根10布置在井下時(shí)，泡沫層14將膨脹至其初始形狀。在第三步驟43中，篩管單根10被下放至井眼內(nèi)或布置在井下。篩管單根10可作為生產(chǎn)管柱的部件被下入或通過任何合適方法或裝置如鋼絲繩來下入。在第四步驟44中，當(dāng)?shù)貙恿黧w進(jìn)入生產(chǎn)管柱、朝地面流動(dòng)時(shí)通過篩管單根10來過濾地層流體。與現(xiàn)有的制造方法和裝置相比，在此所述的系統(tǒng)和方法具有許多優(yōu)點(diǎn)過濾效率更高；由于泡沫的彈性的原因而改善了耐腐蝕特性；在布置方面也具有一些益處，例如減少了傳統(tǒng)的預(yù)充填篩管所存在的砂移動(dòng)或破裂現(xiàn)象；另外，與傳統(tǒng)的填砂或礫石充填篩管相比靈活性更大。例如，與傳統(tǒng)的金屬篩管相比所述泡沫層的抗腐蝕性更強(qiáng)。例如，砂篩管的孔隙率通常約為30%，而此處所述的泡沫的孔隙率可高達(dá)大約 70%，對(duì)于傳統(tǒng)的礫石充填或砂充填來說，情況正好相反。與本申請(qǐng)中所擔(dān)心的一些泡沫在地層沙滲入其中時(shí)會(huì)造成塌縮和阻塞的情況相反，本申請(qǐng)中所述的泡沫(如由空心球體或其他結(jié)構(gòu)形成的泡沫)甚至在沙滲入其中之后滲透性仍然強(qiáng)。例如，滲入沙可充塞球體，但球體之間的孔口保持打開，從而仍保持可滲透性。盡管是參照示例性的實(shí)施例來描述本發(fā)明的，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的前提下，可進(jìn)行各種改變，本發(fā)明的元件也可用等同構(gòu)件來替換。另外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也應(yīng)理解在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)保護(hù)范圍的前提下， 所作出的許多改變要讓具體的裝置、情況或材料符合本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明并不局限于以最佳方式實(shí)施本發(fā)明所采用的上述具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于篩選地層成分的設(shè)備，包括中心管，該中心管被構(gòu)造成引導(dǎo)地層流體流動(dòng)；和設(shè)置在中心管徑向外側(cè)的泡沫層，該泡沫層被構(gòu)造成允許地層流體穿過其中且使穿過其中的地層固體成分最少，該泡沫層包括至少局部布置在泡沫層內(nèi)的多個(gè)空心結(jié)構(gòu)，這些空心結(jié)構(gòu)之間形成有孔口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于泡沫層由熱固性泡沫或熱塑性泡沫形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于泡沫層由彈性的形狀記憶泡沫形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于泡沫層是合成泡沫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于泡沫層由聚氨酯形狀記憶泡沫形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括徑向布置在中心管和泡沫層之間的排放層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述多個(gè)空心結(jié)構(gòu)呈多個(gè)空心球的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所述多個(gè)空心球均相互接觸以在這些空心球之間形成孔口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于泡沫層由能夠壓縮的泡沫形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括布置在泡沫層和井眼壁之間的顆粒材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括設(shè)置在泡沫層周圍的保護(hù)罩。
12.一種用于篩選地層成分的設(shè)備的制造方法，包括形成中心管，該中心管被構(gòu)造成引導(dǎo)地層流體流動(dòng)；和將泡沫層徑向布置在中心管外側(cè)，該泡沫層被構(gòu)造成允許地層流體穿過其中且使穿過其中的地層固體最少，該泡沫層包括至少局部布置在泡沫層內(nèi)的多個(gè)空心結(jié)構(gòu)，這些空心結(jié)構(gòu)之間形成有孔口。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將保護(hù)罩布置在泡沫層周圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括將該設(shè)備布置在井眼內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述多個(gè)空心結(jié)構(gòu)呈多個(gè)空心球的形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述多個(gè)空心球均相互接觸以在所述多個(gè)空心球之間形成孔口。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，該泡沫層由形狀記憶泡沫形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，布置泡沫層的步驟包括將泡沫層成形為所需的形狀；加熱泡沫層至高于閾溫度的溫度；將泡沫層成形為便于布置該設(shè)備的能夠布置的形狀；以及，冷卻泡沫層至低于閾溫度的溫度以保持所述能夠布置的形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括如下步驟將該設(shè)備布置在井眼內(nèi)；以及，力口熱泡沫層以使泡沫層恢復(fù)至所需形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，布置泡沫層的步驟包括加熱泡沫層至高于閾溫度的溫度；將泡沫層成形為所需形狀；以及，冷卻泡沫層以保持所述所需形狀。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種用于篩選地層成分的設(shè)備，包括被構(gòu)造成用于引導(dǎo)地層流體流動(dòng)的中心管；和設(shè)置在中心管徑向外側(cè)的泡沫層，該泡沫層被構(gòu)造成允許地層流體穿過其中且使穿過其中的地層固體成分最少，該泡沫層包括多個(gè)空心結(jié)構(gòu)，這些空心結(jié)構(gòu)之間形成有孔口。還公開了一種用于篩選地層成分的設(shè)備的制造方法。
文檔編號(hào)E21B43/08GK102549234SQ201080042376
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者B·M·理查德, M·H·約翰遜 申請(qǐng)人:貝克休斯公司